INHOUD BASISSTOF T1 Magneten 8 W1 10 T2 Het magnetisch veld

INHOUD
BASISSTOF
T1 Magneten 8
W1 10
T2 Het magnetisch veld 11
W2 12
T3 Magnetisme en elektrische
stromen 14
W3 16
T4 Toepassingen van elektromagneten 18
W4 21
HERHAALSTOF
H1 Nieuwe begrippen 22
H2 Magneten 24
H3 Velden en veldlijnen 26
EXTRASTOF
Aardmagnetisme (mavo-versie) 28
E1
E2 Magneten maken en breken 31
E3 Oefenvragen en opgaven 33
LEERDOELEN
1 Je moet weten welke stand een staafmagneet
inneemt, als je hem zó ophangt dat hij vrij kan
draaien. [P1, T1]
2 Je moet de noord- en zuidpool van een staafmagneet kunnen bepalen. [P1, T1]
3 Je moet weten wanneer twee magneten elkaar
aantrekken en wanneer twee magneten elkaar
afstoten. [P1, T1, W1]
4 Je moet weten hoe een kompas werkt. [T1, W1]
5 Je moet weten welke stoffen door een magneet
aangetrokken worden. [P1, T1]
6 je moet weten dat de magnetische krachtwerking
door verschillende stoffen heengaat. [P2, T2]
7 Je moet weten dat de magnetische krachtwerking
van een magneet bij de polen sterk is en in het
midden zwak. [P1, T1, P2, T2]
8 je moet weten dat een magneet ook krachtwerking op afstand vertoont en dat we dit
omschrijven door te zeggen dat er een magnetisch
veld om de magneet aanwezig is. [T2]
9 Je moet het veldlijnenpatroon van het
magnetische veld kunnen tekenen van: twee staafmagneten dicht bij elkaar en van een magneet en
een stuk ijzer dicht bij elkaar. [P2, T2, W2]
10 Je moet weten dat de veldlijnen altijd van de
noordpool naar de zuidpool lopen. [T2]
11 Je moet weten wat magnetische influentie is.
[P2, T2, W2]
12 Je moet proeven met behulp van magnetische
influentie kunnen verklaren. [W2]
13 Je moet weten wat permanente magneten zijn.
[T2, W2]
14 Je moet weten hoe je kunt aantonen of ergens een
magnetisch veld aanwezig is. [P3]
15 Je moet de overeenkomsten en de verschillen
tussen een staafmagneet en een elektromagneet
kunnen opnoemen. [T3]
16 Je moet het veldlijnenpatroon van een spoel en
van een rechte draad waar een elektrische stroom
doorheen gaat, kunnen tekenen. [P3, T3, W3]
17 Je moet de rechterhandregels voor de stroomdraad en de spoel kennen en kunnen gebruiken.
[T3, W3]
18 Je moet Weten dat je het magnetisch veld van een
spoel versterkt door een grotere stroomsterkte
door de spoel te laten gaan. [P3, T3, W3]
19 Je moet weten dat een ijzeren kern het veld van
een spoel versterkt. [P3, T3, W3]
20 Je moet weten dat het magnetisch veld van een
spoel sterker wordt als het aantal windingen
toeneemt bij een gelijkblijvende lengte van de
spoel. [P3, T3, W3]
21 Je moet weten wat een elektromagneet is. [P4, T4]
22 je moet vijf toepassingen van een elektromagneet
kunnen opnoemen. [P4, T4]
23 Je moet weten hoe een relais werkt. [P4, T4, W4]
24 Je moet weten hoe de elektrische bel werkt.
[P4, W4]
25 Je moet de werking van eenvoudige schakelingen
waarin een relais is opgenomen, kunnen uitleggen. [P4, T4, W4]
26 Je moet weten hoe een luidspreker werkt.
[P4, T4, W4]
27 Je moet weten hoe een elektrisch signaal op een
• eluidsband kan worden vastgelegd. [T4, W4]
BLOK 1 BASISSTOF
Je hebt natuurlijk wel eens met een magneet gespeeld
en je misschien afgevraagd wat je allemaal met een
magneet kunt doen. Dat ga je in dit blok onderzoeken.
Je komt toepassingen tegen waarvan je misschien niet
eens wist dat daar magneten bij te pas komen. Om er
een paar te noemen: de elektrische bel, magnetische
schakelaars (relais), het opnemen van geluid op een
cassettebandje en het weergeven van geluid door een
luidspreker.
Soorten magneten
Magneten worden veel toegepast. In huis tref je ze
overal aan, soms zichtbaar zoals bijvoorbeeld in het
slot van het keukenkastje, soms onzichtbaar, zoals in
een luidsprekerkast. Vroeger was men voor magneten
nog vooral aangewezen op staal. Men kon ook maar
een beperkt aantal vormen aan de magneten geven.
De meest bekende vormen van magneten stammen
dan ook uit die tijd:
- de staafmagneet;
- de hoefijzermagneet;
- de naaldmagneet (in kompassen).
DE HERKOMST VAN MAGNETEN
DE SAMENSTELLING VAN MAGNETEN
Het woord magneet is afkomstig van het Griekse
'magnètos lithos' dat letterlijk 'steen van
Magnesia' betekent. Magnesia was in de oudheid
een stad in het koninkrijk Lydië (nu gelegen in
West-Turkije). Bij Magnesia werden stenen gevonden die ijzeren voorwerpen konden aantrekken.
Deze stenen waren waarschijnlijk stukken magnetisch ijzererts met een groot gehalte aan zuiver
ijzer.
Van zuiver ijzer kun je geen permanente magneet
maken. Zuiver ijzer is tamelijk zacht en verliest
makkelijk zijn magnetische eigenschappen. Men
noemt het weekijzer. Voor permanente magneten
gebruikt men een mengsel van ijzer en andere
stoffen (dit noemt men een legering).
De stoffen ticonal en alnico worden veel gebruikt
bij het vervaardigen van magneten omdat deze
materialen uitstekende magnetische eigenschappen hebben. Ticonal is een mengsel van de metalen ijzer, titaan, kobalt, nikkel en aluminium.
Alnico is een mengsel van ijzer, aluminium, nikkel
en kobalt. Magneten worden tegenwoordig dikwijls gemaakt door korrels van een magnetische
stof te mengen met een kleiachtige stof. Daaruit
bakt men dan op een pottenbakkersmanier een
magneet. Zo kan men de magneet elke vorm
geven die men wil.
FIG. 1 Een staafmagneet.
FIG. 2 Een hoefijzermagneet.
FIG. 3 Een naaldmagneet.
FIG. 4 De aarde als magneet.
Eigenschappen van magneten
1 Een magneet heeft een noordpool en een zuidpool.
Je kunt de noordpool van de magneet vinden door
hem draaibaar op te stellen. De magneet gaat dan
noord-zuid staan. De kant van de magneet die naar het
noorden wijst, noem je de noordpool. De andere kant
is de zuidpool.
2 De noordpool van een magneet stoot de noordpool
van een andere magneet af. De zuidpool van een magneet stoot de zuidpool van een andere magneet af. De
noordpool van een magneet trekt de zuidpool van een
andere magneet aan.
3 Alleen voorwerpen van ijzer (ook staal en weekijzer), nikkel en kobalt worden door magneten aangetrokken.
4 Een magneet is aan de polen het sterkst en in het
midden het zwakst.
Met behulp van eigenschap 2 kun je begrijpen waarom
een kompasnaald noord-zuid gaat staan. De aarde is
namelijk zelf een magneet. De magnetische noordpool
van de aarde ligt in de buurt van de geografische zuidpool. De magnetische zuidpool van de aarde ligt in de
buurt van de geografische noordpool. Het gevolg is dat
de noordpool van de kompasnaald naar het noorden
wijst.
WEEKIJZER EN STAAL
Weekijzer bevat alleen ijzer. Het is zachter dan
staal.
Staal is een mengsel van ijzer en andere stoffen.
Door ijzer te smelten en er dan andere stoffen aan
toe te voegen, krijgt men staal. Staal is sterker en
minder buigzaam dan ijzer. Zo bestaat gereedschapsstaal uit: 1 % koolstof, 0,5 % chroom,
0,5 % wolfraam, 1,2 % mangaan, 0,3 % silicium
en 96,5 % ijzer.
Er zijn staalsoorten voor verschillende toepassingen:
—ijzer + minder dan 0,1 % koolstof:
zacht ijzer voor ijzervlechtwerk, weekijzer.
—ijzer + 0,1 tot 0,15 % koolstof:
beugels, hekwerken
—ijzer + 0,15 % koolstof:
profielijzer
—ijzer + 0,17 tot 0,25 % koolstof:
goed las- en smeedbaar
—ijzer + 0,35 % koolstof:
assen, spieën, tandwielen
—ijzer + 0,6 % koolstof:
hard staal
BLOK 1 BASISSTOF
1 Een hoeveelheid koperen en ijzeren spijkertjes zijn
door elkaar geraakt.
a Hoe kun je ze makkelijk sorteren?
b Leg uit waarom dat op jouw manier goed gaat.
FIG. 5 Twee magneten en een plastic bak.
4 In de rubberen sluiting van een koelkastdeur is een
magnetische strip verwerkt. Hierdoor sluit de deur
beter.
a Waarom sluit de deur dan beter?
b Van welk materiaal moet de koelkastdeur
gemaakt zijn?
5 Een kompas bevat een naaldmagneet.
a Waarom wijst één kant van de naaldmagneet
altijd naar het noorden?
b Hoe weet je welke kant naar het noorden wijst?
c Wat zal het kompas aangeven als je precies op de
(magnetische) noordpool staat?
d Waar ben je dan ongeveer op aarde?
6 a Noem drie soorten magneten.
b Noem vier toepassingen waarbij gebruik wordt
gemaakt van magneten.
2 Een magneet ligt op de bodem van een doorzichtige plastic bak (figuur 5). Je hebt een tweede
magneet die ook in de bak moet. Je kunt dat op
twee manieren doen.
a Maak duidelijke tekeningen van beide manieren.
b Verklaar in beide gevallen wat er gebeurt.
3 Anja heeft twee even grote zwarte staven A en B.
Eén van beide is een staafmagneet, de andere is
van ijzer.
Anja houdt het uiteinde van de (verticale) zwarte
staaf A onder het midden van de (horizontale)
zwarte staaf B. Staaf A blijft aan B hangen!
a Leg uit welke staaf de magneet is.
Hans wil het proefje nadoen. Maar bij hem valt de
verticaal gehouden staaf op de grond.
b Leg uit hoe dat mogelijk is.
c Welke staaf - de horizontale of de verticale - is bij
Hans (dus) de magneet?
7 a Hoe kun je met een magneet controleren of in
een apparaat een magneet zit?
In een dynamo zit een magneet.
b Hoe kun je met behulp van een andere magneet
de plaats van de Noordpolen van die magneet bepalen?
BLOK 1 BASISSTOF
FIG. 6 Het veld van een staafmagneet. De veldlijnen
lopen van noord naar zuid.
Het magnetisch veld rond een magneet
Voorwerpen in de omgeving van een magneet worden
aangetrokken. IJzervijlsel rangschikt zich in de buurt
van een magneet in een bepaald patroon.
Een magneet oefent kracht uit op ijzeren en nikkelen
voorwerpen. Daarbij hoeft de magneet die voorwerpen
niet aan te raken. De magneet vertoont ook krachtwerking op afstand. We zeggen dat er rondom de magneet een magnetisch veld aanwezig is.
Veldlijnen
Je kunt het veld van een magneet zichtbaar maken
met behulp van ijzervijlsel. ijzervijlsel rangschikt zich
in de buurt van een magneet. Er ontstaat een patroon
met kromme lijnen. Deze lijnen noemen we
veldlijnen. Alle veldlijnen bij elkaar noemen we het
veldlijnenpatroon. De veldlijnen geven de richting van
het magnetisch veld aan. Volgens afspraak lopen de
veldlijnen buiten de magneet altijd van de noordpool
naar de zuidpool.
In de figuren 6, 7, 8 en 9 zijn enkele veldlijnenpatronen weergegeven. Uit de figuren blijkt dat de
veldlijnen van de ene pool naar de andere lopen.
In figuur 7 zie je ook dat er geen veldlijnen van de ene
zuidpool naar de andere zuidpool lopen.
Ook blijkt uit de proeven dat het ijzervijlsel vooral bij
de polen terechtkomt. Dat komt doordat de magneet
daar de grootste krachtwerking vertoont. Dat zie je
ook aan de veldlijnen. De veldlijnen liggen het dichtst
bij elkaar waar het veld het sterkst is. Verder van de
polen ligt minder ijzervijlsel. De veldlijnen liggen daar
ook verder van elkaar af. De krachtwerking is er kleiner. Op grote afstand is de krachtwerking van de magneet minder, waardoor zelfs de kleinste stukjes ijzervijlsel niet meer in beweging gebracht kunnen worden.
FIG. 7 Het veld van twee staafmagneten met de zuidpolen naar elkaar gericht.
FIG. 8 Twee magneten met ongelijke polen naar elkaar
toe.
FIG. 9 Het veld van een magneet en een stuk ijzer.
BLOK 1 BASISSTOF
Magnetische influentie
Je hebt in de proeven 5 en 7 van P2 ontdekt dat weekijzer zelf ook magnetisch wordt als je er een magneet
bij houdt. Dit verschijnsel noemen we magnetische
influentie. Het treedt op bij ijzer, nikkel en kobalt. Het
magnetisme van het weekijzer verdwijnt op het
moment dat de magneet wordt weggehaald. Als een
stalen spijker lang genoeg in de buurt van een magneet ligt, wordt de spijker zelf ook magnetisch. We
spreken dan over permanent magnetisme. In E2 kun je
lezen hoe het komt dat staal permanent magnetisch
kan zijn en weekijzer niet.
Uit figuur 10 kun je afleiden dat het deel van het ijzer
dat het dichtst bij de noordpool van de magneet ligt,
door influentie een zuidpool wordt. Daarom wordt het
ijzer aangetrokken.
FIG. 10 Spijker bij een staafmagneet. De kop ligt het dichtst bij de
noordpool en wordt een zuidpool. De punt wordt een noordpool.
1 Neem figuur 11 over en teken het veldlijnenpatroon van de staafmagneet.
FIG. 11 Een staafmagneet.
2 In figuur 12 is het veld van een hoefijzermagneet
weergegeven.
a Teken figuur 12 in je schrift na. Geef de plaats
van de noord- en de zuidpool aan.
b Waar is het veld het sterkst?
c Noem een voordeel van een hoefijzermagneet.
FIG. 12 De veldlijnen van een hoefijzermagneet.
3 Neem figuur 13 over in je schrift.
a Teken het veldlijnenpatroon van de twee magneten.
b Geef aan waar het magnetisch veld het sterkst is.
FIG. 13 Twee staafmagneten met de zuidpolen naar elkaar toe.
4 Een spijker hangt aan een magneet.
a Van welke stof kan de spijker gemaakt zijn?
b Wat is magnetische influentie?
c Leg met magnetische influentie uit dat een magneet een spijker aan kan trekken.
S a Neem figuur 14 over in je schrift en teken het
veldlijnenpatroon van de magneet en het stuk
weekijzer.
b Hoe kun je zien dat het stuk weekijzer zelf ook
een (tijdelijke) magneet geworden is?
c Waar zitten de noord- en de zuidpool van het
weekijzer?
d Hoe merk je dat weekijzer geen permanente
magneet wordt?
FIG. 14 Een staafmagneet en een stuk weekijzer.
FIG. 15 Een staafmagneet en een stuk weekijzer dat spijkers
aantrekt.
6 Je houdt een staafmagneet boven een bak met spijkers. De spijkers blijven liggen. Je schuift een stuk
weekijzer tussen de magneet en de spijkers
(figuur 15). De spijkers vliegen nu wel tegen het
weekijzer aan.
a Verklaar deze proef.
b Teken figuur 15 na in je schrift en geef de plaatsen aan van alle noord- en zuid-polen, die er zijn
ontstaan door magnetische influentie.
c Waarom hangen de spijkers met de koppen uit
elkaar?
7 a Wat is het verschil tussen permanent magnetisme en tijdelijk magnetisme?
b Geef van beide een voorbeeld.
8 Iemand beweert dat de kant van de ijzeren staaf
die het dichtst bij de magneet ligt, door influentie
altijd een noordpool wordt. Laat met behulp van
een voorbeeld zien dat dit niet altijd zo is.
9 Alle spijkers in figuur 16 zijn van dezelfde soort.
Welke fout(en) zitten er in deze figuur?
FIG. 16 Een staafmagneet met negen spijkers.
BLOK 1 BASISSTOF
FIG. 17 Een staafmagneet en een naaldmagneet.
Het magnetisch veld van een
stroomdraad
10 Veldlijnen lopen van noord naar zuid. Een kompas
richt zich in het veld van een magneet.
a Teken figuur 17 na in je schrift.
b Geef de polen aan van de kompasnaald en teken
de stand van een kompasnaald bij de noordpool en
bij de zuidpool.
c Geef aan wat de noordpool en wat de zuidpool is
van iedere kompasnaald.
FIG. 18 Het veld van een verticale
rechte stroomdraad.
Als er door een draad een elektrische stroom gaat, ontstaat er rond die draad een magnetisch veld. Dit is
onder andere te merken aan het gedrag van een kompasnaald in de buurt van de stroomdraad. Het veldlijnenpatroon van een rechte stroomdraad is moeilijk
zichtbaar te maken. (Het veld is te zwak.) Het ziet eruit
zoals in figuur 18 is getekend.
Bij een magneet lopen de veldlijnen altijd van noordpool naar zuidpool. Bij een stroomdraad kun je niet
spreken van een noord- en een zuidpool. De richting
van de veldlijnen hangt af van de richting van de
stroom. Met de rechterhandregel kun je de richting
van de veldlijnen bepalen.
De rechterhandregel voor een stroomdraad luidt als
volgt: wijs met de duim van je rechterhand in de richting van de stroom. Je gebogen vingers wijzen dan in
de richting van de veldlijnen (figuur 18, 19 en 20).
FIG. 19 Het veld van de verticale
rechte stroomdraad, als de stroom
andersom loopt.
FIG. 20 Het veld van een horizontale rechte stroomdraad.
FIG. 21 Het magnetisch veld van een spoel.
FIG. 23 De rechterhandregel voor een spoel.
FIG. 22 Het magnetisch veld van een staafmagneet.
Je kunt het veld laten verdwijnen door de stroom uit
te schakelen. Bovendien kun je het magnetische veld
van richting laten veranderen door de stroomrichting
om te keren. Vanwege deze voordelen worden er veel
meer elektromagneten gebruikt dan permanente magneten.
Het magnetisch veld van een spoel
Een spoel is een om een cilinder gewikkelde draad. Als
daar een elektrische stroom door loopt, ontstaat óók
een magnetisch veld. Aan het ene uiteinde ontstaat
een noordpool en aan het andere uiteinde een zuidpool. Het veld van een spoel heeft dezelfde vorm als
dat van een staafmagneet. Het verschil is dat je het
magnetisch veld van een spoel vrij gemakkelijk kunt
veranderen. Het magnetisch veld van een spoel kun je
versterken door:
1 de stroom door de spoel groter te maken;
2 het aantal windingen van de spoel te vergroten (de
lengte van de spoel moet dan wel hetzelfde blijven);
3 de spoel te voorzien van een weekij zeren kern.
In figuur 21 is het veld van een spoel getekend. Ter
vergelijking is in figuur 22 het veld van een staafmagneet getekend. Om de richting van de veldlijnen te
vinden bij een spoel gebruik je de rechterhandregel op
een andere manier:
Buig de vingers van je rechterhand over de windingen
van de spoel (figuur 23). Je vingers moeten in de richting van de stroom wijzen. Je gestrekte duim wijst nu
in de richting van de noordpool van de spoel. De
noordpool zit aan de kant waar de veldlijnen de spoel
uitgaan en de zuidpool aan de kant waar de veldlijnen
de spoel binnenkomen.
BLOK 1 BASISSTOF
In figuur 24 zijn ook de veldlijnen rond de spoel getekend. De vingers van de rechterhand zijn over de spoel
gebogen en ze wijzen weer in de richting van de elektrische stroom. De richting van de duim geeft de
plaats van de noordpool aan. Dit is ook de richting van
de veldlijnen binnen de spoel.
FIG. 24 Het magnetisch veld van een spoel. De richting van het veld
vind je met de rechterhandregel voor een spoel.
De veldlijnen zijn gesloten. Buiten de spoel lopen de
veldlijnen van noord naar zuid. Binnen de spoel lopen
de veldlijnen van zuid naar noord.
Samenvatting
1 Stroomdraad: je vindt de richting van de veldlijnen
rond een draad waar een elektrische stroom doorheen
gaat door met de duim van je rechterhand in de richting van de stroom te wijzen. Je gebogen vingers wijzen dan in de richting van de veldlijnen.
2 Spoel: je vindt de richting van de veldlijnen bij een
spoel door de vingers van je rechterhand zo over de
spoel te leggen dat ze in de richting van de stroom wijzen. De duim van je rechterhand geeft nu plaats van
de noordpool aan.
1 Neem figuur 25 over in je schrift en teken het veldlijnenpatroon rond de stroomdraad. Geef de richting van de veldlijnen aan.
FIG. 25 Hoe loopt het magnetisch veld rond de stroomdraad?
2 Hoe loopt de stroom door de draad in figuur 26?
FIG. 26 Het magnetisch veld rond een stroomdraad.
3 De punten A, B, C, D en E liggen in hetzelfde platte
vlak als de lusvormige stroomdraad.
a Neem figuur 27 over in je schrift.
b Geef de richting van het magnetisch veld aan op
de plaatsen A, B, C en D.
c Hoe is het veld in E gericht?
Beschouw deze winding nu als een spoel.
d Hoe is dan het veld in E gericht?
5 a Waar bevinden zich de noordpool en de zuidpool
van spoel A in figuur 29?
b Dezelfde vraag, maar nu voor spoel B.
FIG. 29 Twee stroomspoelen.
FIG. 27 Bovenaanzicht van een cirkelvormige stroomdraad.
6 a Noem drie manieren om het magnetisch veld van
een spoel sterker te maken.
b Waarom gebruikt men nooit staal om het veld
van een spoel sterker te maken?
4 a Waar bevinden zich in figuur 28 de noordpool en
de zuidpool van de kompasnaald?
b Waar bevinden zich de noord- en de zuidpool van
de draad?
c Verklaar je antwoord.
FIG. 28 Een kompasnaald in het veld van een stroomdraad.
7 Teken het veldlijnenpatroon van dezelfde stroomspoel (bijvoorbeeld: spoel A uit figuur 29):
a zonder kern.
b met weekijzeren kern.
8 a Wat zijn de overeenkomsten tussen een magnetische spoel en een staafmagneet?
b Wat zijn de verschillen?
BLOK 1 BASISSTOF
In de Middeleeuwen kende men nog geen elektromagneten. Soms zouden ze wel handig geweest zijn
(figuur 30). Tegenwoordig worden elektromagneten
veelvuldig toegepast.
FIG. 30 Deze ridder is voorlopig uit het toernooiveld geslagen.
De hijskraan
Bij staalbedrijven en sloperijen worden vaak elektromagneten gebruikt om lasten op te hijsen. Het principe is eenvoudig. Een elektromagneet is een kern met
daaromheen een spoel. Schakel de stroom in en de
spoel wordt een sterke magneet. De ijzeren last blijft
hangen. Schakel de stroom uit en de last laat los.
FIG. 31 Een hijskraan met elektromagneet.
De luidspreker
Een luidspreker bestaat uit een beweegbare conus
(trechtervormig stuk karton) waartegen aan de achterzijde een spoeltje is bevestigd (figuur 32). Het spoeltje
kan bewegen rondom een vaste cilindervormige magneet. De versterker levert aan de spoel een wisselende
elektrische stroom. Hierdoor wordt de spoel met de
conus afwisselend aangetrokken en afgestoten door de
vaste magneet. De bewegende conus zet de lucht in
beweging, waardoor een trilling in de lucht en dus
geluid ontstaat (zie ook blok 5).
FIG. 32 Een doorsnede van een luidspreker.
FIG. 33 De opnamekop van een cassetterecorder.
FIG. 34 Schematische voorstelling van een stukje bespeelde
cassetteband.
De opnamekop van een cassetterecorder
liet relais
Als je een opname op een cassettebandje maakt, loopt
er een wisselende stroom door een spoel. De magnetische krachtwerking wordt geconcentreerd op de
spleet (figuur 33). Over de spleet (afgesloten door een
stukje koper) glijdt de magneetband waarin vele kleine ijzerkorrels liggen. De ijzerkorrels in het laagje
worden permanente magneetjes als ze de spleet passeren en gaan in een bepaalde stand staan, bijvoorbeeld
met hun noordpool naar links. Als de stroom dan
andersom door de spoel gaat, zullen de noordpolen
naar rechts gaan wijzen. Op deze manier kunnen hoge
en lage tonen, maar ook hard en zacht geluid worden
vastgelegd (figuur 34).
Het relais is een schakelaar die met een kleine elektrische stroom open of dicht gemaakt kan worden
(figuur 35). Hiermee kan op afstand een stroom in- en
uitgeschakeld worden. Een relais bestaat uit een spoel
met een kern. Als er een (zwak)stroom door de spoel
loopt, wordt de kern magnetisch en trekt een schakelaar om.
FIG. 35 Een relais. Door het sluiten van schakelaar
S wordt de spoel magnetisch en trekt het ijzeren
blokje (W) aan.
FIG. 36 Symbool
van een relais.
FIG. 37
a Als S i gesloten wordt, gaat de lamp branden.
b Als S 2 gesloten wordt, gaat de lamp uit.
In figuur 38 zie je een tekening van een relais. De contacten 1 en 2 zijn aangesloten op een spanningsbron,
in serie geschakeld met een apparaat (bijvoorbeeld een
elektromotor). Je ziet aan de contactveren dat ze geen
contact maken. Wanneer je de spoel aansluit op een
laagspanningsbron, zorgt de magnetische kracht
ervoor dat het anker naar de kern getrokken wordt.
Daardoor worden de contactveren tegen elkaar
gedrukt en gaat de elektromotor M draaien.
FIG. 38 Een relais dat een motor kan schakelen.
Relais worden voor veel doeleinden gebruikt. Een paar
toepassingen zijn:
1 Met één schakelaar vele apparaten tegelijk inschakelen. Als het lesuur om is, moet in alle klassen de zoemer gaan. Dat kan met een relais geschakeld worden.
2 Grote stromen (sterkstroom) inschakelen met
behulp van kleine stromen (zwakstroom). Dit is veiliger. Bijvoorbeeld: om in een bedrijf zware machines
aan te zetten.
3 Met een relais kun je op afstand schakelen. Met
zwakstroom heb je over grote afstanden minder verliezen. Je kunt ook met dunnere snoeren werken.
RELAIS IN TELEFOONCENTRALES
In moderne telefooncentrales zitten elektronische
relais waarvan de werking niet meer berust op
magnetisme. Elektronische relais hebben als voordeel dat ze sneller schakelen dan hun magnetische
voorgangers.
We hebben hier slechts een paar toepassingen van
elektromagneten besproken. Er zijn er nog veel meer,
denk maar aan elektromotoren, magnetische zweeftreinen enzovoorts.
BLOK 1 BASISSTOF
1 Waarom moet je een stalen voorwerp niet te lang
aan een elektromagneet laten hangen?
2 a Hoe werkt een luidspreker?
b Waarom moet je een luidspreker aansluiten op
een wisselstroom?
c Wat hoor je als je een luidspreker aansluit op een
batterij ven 1,5 V?
3 Waarom is het onverstandig om met een sterke
magneet in de buurt van een bespeelde cassette te
komen (figuur 39)?
FIG. 39 Een hoefijzermagneet brengt ook wel eens ongeluk.
4 Er zijn wel ijzeroxidecassettes te koop. Waarom
zijn er geen koperoxidecassettes te koop?
5 In figuur 40 is het (onvolledige) schema getekend
van de beveiliging van liftdeuren. Zo lang er licht
op de LDR valt, loopt er een stroom in de kring
waarin de LDR opgenomen is. De motor van de liftdeuren werkt dan.
a Teken het volledige schema in je schrift.
b Wat gebeurt er als er plotseling nog iemand
instapt?
FIG. 40 Het (onvolledige) schema van de beveiliging van
liftdeuren.
6 Het relais.
a Waarom heb je bij een relais altijd te maken met
twee stroomkringen?
b Noem toepassingen van een relais.
c Noem bij iedere toepassing het voordeel van het
relais.
7 In figuur 41 zie je een tekening van een bel.
Leg aan de hand van de tekening de werking van
de bel uit.
FIG. 41 Schakeling van een elektrische bel.
BLOK 1 HERHAALSTOF
Schrijf over en vul op de lege plaatsen de ontbrekende
woorden in. Teken de goeie tekeningen in je schrift
na. Werk netjes. Dan krijg je een mooi overzicht van
blok 1.
Een spoel waar een stroom doorheen loopt heeft een
Het veld lijkt op
Je kunt het veld van een spoel op drie manieren sterker maken:
1 2 3
De volgende stoffen kunnen magnetisme vertonen:
en
Je kunt de richting van het veld veranderen door:
De richting van het veld vind je met de tweede rechterhandregel:
Krom de vingers van je rechterhand in de richting van
Je rechterduim geeft dan
Een magneet heeft een TOEPASSINGEN VAN MAGNETEN
TITEL: BLOK 1
pool en een
De krachtwerking:
- N en N
- Z en Z
- N en Z
- Z en N
Rond een magneet zit een (kracht)veld. De veldlijnen
geven de richting van het aan. De veldlijnen lopen
van naar
Magnetische influentie treedt op als Aan de kant
van de noordpool van de magneet ontstaat een
MAGNETISME EN ELEKTRISCHE STROMEN
Rond een draad waar een doorheen gaat is ook een
magnetisch veld aanwezig.
De sterkte van dat veld hangt af van: De richting
van de veldlijnen hangt af van:
De richting van het veld vind je met de eerste rechterhandregel:
Wijs met de duim van je rechterhand in de richting
van: Je gekromde vingers geven dan
1 Het kompas: De aarde is zelf een grote magneet.
Een kompas bevat een naaldmagneet. De pool van
de kompasnaald wijst naar de
2 Een hijskraan voor ijzer: Zo'n hijskraan bevat een
Je kunt er alleen voorwerpen die gemaakt zijn van
, of mee ophijsen.
3 De luidspreker. De conus is vastgemaakt aan een
spoel. De spoel zit om een Als er door de spoel een
wisselende stroom loopt, dan want
4 Cassettebandjes: De opnamekop is een elektromagneet. Op het cassettebandje zitten Als je geluid
opneemt, worden deze korrels gemagnetiseerd.
5 Het relais: Dit is een elektrische Een relais
bestaat uit een spoel en een schakelaar. Als er een
door de spoel gaat, dan wordt de schakelaar Drie voordelen van het gebruik van een relais zijn:
1 2 3
FIG. 42 Teken deze schakeling na en leg uit wat hij doet.
Als je in de schakeling van figuur 42 schakelaar S
indrukt, gaat lamp L1 en lamp L2
FIG. 43 Een elektrische bel.
FIG. 44 Kies het juiste schema.
FIG. 45 Magnetische zweeftrein.
6 De elektrische bel: Belangrijkste onderdelen: een
batterij, een belschakelaar, een spoel en een schakelaar met klepel (figuur 43).
Als je belt, dan gaat er een in de spoel lopen. De
spoel wordt en trekt de schakelaar met klepel aan.
De klepel en de schakelaar met klepel de
stroomkring.
Er loopt geen stroom meer. De klepel veert terug,
zodat de weer gesloten wordt. Er gaat een in de
lopen. De spoel wordt weer enz. enz.
Figuur 44 geeft vier mogelijke schema's. Kies het juiste
schema voor de bel.
7 Andere toepassingen: elektromotor, magnetische
zweeftrein (figuur 45), waakvlambeveiliging en nog
veel meer.
BLOK 1 HERHAALSTOF
VOORBEELD
2: Ook in figuur 48 wordt het nikkel mag-
netisch.
Eigenschappen van magneten
1 Een magneet heeft een noordpool en een zuidpool.
2 Twee gelijknamige polen stoten elkaar af (N-N en
Z-Z).
3 Een noord- en een zuidpool trekken elkaar aan.
4 Alleen ijzer (dus ook staal, weekijzer, blik), nikkel
en kobalt worden door een magneet aangetrokken
(figuur 46).
5 Een vrij draaibaar opgestelde staafmagneet richt
zich met zijn noordpool naar het noorden.
6 De krachtwerking van een magneet is het sterkst
aan de polen.
FIG. 46 De magnetofielen.
FIG. 48 Een nikkelen gulden bij een staafmagneet.
1 Waar zitten in figuur 48 de noord- en de zuidpool
bij de gulden?
2 In een kompas zit een naaldmagneet.
a Wat is een naaldmagneet?
Als het N-punt van de schaal op het kompas naar
het noorden wijst, wijst de naald ook naar het
noorden. Dit komt doordat de aarde zelf ook een
magneet is. In het noorden van Canada (in de
buurt van de geografische noordpool) ligt een van
de magnetische polen van de aarde.
b Beredeneer of dit een noordpool of een zuidpool
is.
3 Hoe bepaal je waar de noordpool van een magneet
zit?
Magnetische influentie
IJzeren en nikkelen voorwerpen gaan zich in de buurt
van magneten zelf ook als magneten gedragen. Dit
verschijnsel noemen we magnetische influentie.
VOORBEELD
1: Het stukje ijzer bij de staafmagneet in
figuur 47 wordt zelf magnetisch. Het deel van het ijzer
dat zich het dichtst bij de noordpool bevindt, wordt
zuidpool.
FIG. 47 Een stukje ijzer bij een staafmagneet.
4 In figuur 49 zie je twee verschillende situaties met
een draaibare kompasnaald en een magneet. Welke
kompasnaald blijft zo niet staan? Licht je antwoord
toe.
FIG. 49 Welke kompasnaald is fout getekend?
5 In figuur 50 ligt een magneet in een bak met ijzer-
9 In figuur 53 is een blokje weekijzer getekend met
vijlsel. De bak is zo geschud dat al het ijzervijlsel
aan de magneet gekleefd zit.
a Wat klopt er niet aan het plaatje?
b Teken het bakje na, maar nu met het ijzervijlsel
op de juiste plaatsen.
een spijker van staal (A), een spijker van weekijzer
(B) en een magneet. De spijkers hangen zo al een
tijdje aan het weekijzer.
a Geef de plaatsen van alle noord- en zuidpolen
aan.
b Wat gebeurt er met spijker A, als de magneet
wordt weggehaald?
c Wat gebeurt er met spijker B, als de magneet
wordt weggehaald?
d Geef een verklaring.
FIG. 50 Wat is hier fout getekend?
10 Waarom kun je de proefjes van figuur 52 en 53 niet
uitvoeren met koperen spijkers?
6 In figuur 51 zijn een magneet, een stuk weekijzer
en een stalen spijker getekend. Neem figuur 51
over en geef aan waar bij de spijker en het blokje
door magnetische influentie de noord- en de zuidpolen komen.
FIG. 51 Een hoefijzermagneet met een stalen spijker en een
blokje weekijzer.
7 Een stukje blik wordt naar een magneet getrokken.
Verklaar dit.
8 Waarom valt de onderste spijker in figuur 52 naar
beneden, als de andere twee spijkers weggehaald
worden?
FIG. 52 Een magneet
met drie spijkers.
FIG. 53 Een magneet bij een blokje
weekijzer, waaraan een stalen en
een weekijzeren spijker hangen.
BLOK 1 HERHAALSTOF
4 Neem figuur 56 over en teken het veld van de magneet en het stuk weekijzer. Geef de richting van de
veldlijnen aan.
De ruimte om een magneet noem je het magnetisch
veld. Het veld van een magneet kun je zichtbaar
maken door ijzervijlsel rond de magneet te strooien.
Het ijzervijlsel rangschikt zich dan in een bepaald
patroon. De lijnen waarlangs het ijzervijlsel ligt, noem
je de veldlijnen.
FIG. 56 Een staafmagneet en een staaf weekijzer in elkaars
verlengde.
5 Iemand houdt een stalen spijker midden onder een
1 Teken een staafmagneet met het magnetisch veld.
Geef de plaatsen van de noordpool en de zuidpool
aan. Geef ook de richting van de veldlijnen aan.
2 In figuur 54 zie je twee staafmagneten.
a Teken de veldlijnen van de magneten.
Draai een van de magneten om.
b Teken hoe de veldlijnen nu lopen.
Als je het antwoord op deze vraag niet weet, moet
je het uitproberen.
magneet (figuur 57).
a Wat zal er gebeuren?
b Waarom gebeurt dat?
c Hoe kun je aan de veldlijnen zien dat de magneet
midden tussen noord- en zuidpool geen kracht kan
uitoefenen?
FIG. 57 Een stalen spijker bij het midden van een staafmagneet.
FIG. 54 Twee evenwijdige staafmagneten.
6 Tegen de zuidpool van een magneet worden twee
3 Neem figuur 55 over en teken het veld van de twee
magneten met de richting van de veldlijnen.
FIG. 55 Twee staafmagneten in elkaars verlengde.
ijzeren spijkers vlak naast elkaar gehouden. De
spijkers worden losgelaten.
a Wat gebeurt er?
b Teken hoe de spijkers zullen gaan staan.
c Geef de plaatsen van de noord- en zuidpolen in de
spijkers aan.
d Leg uit waarom de spijkers uit elkaar zullen gaan
staan.
e Hoe had je aan de veldlijnen kunnen zien dat de
spijkers uit elkaar gaan staan?
Het magnetisch veld en elektrische
stroom
FIG. 60 Twee vlakken door een stroomdraad.
7 Waaruit blijkt dat een elektrische stroom een magnetisch veld veroorzaakt rond een stroomdraad?
8 Neem figuur 58 over en teken er de veldlijnen bij.
FIG. 58 Het vlak loodrecht op
een stroomdraad.
FIG. 59 De rechterhandregel
bij een stroomdraad.
Het magnetisch veld bij een spoel
11 Hoe kun je aantonen dat er om een spoel waar een
elektrische stroom doorheen gaat, een magnetisch
veld is?
12 Hoe kun je ervoor zorgen dat het magnetisch veld
van een spoel zonder kern zwakker wordt?
13 Schrijf een belangrijk voordeel op van een elektromagneet boven een permanente magneet.
De rechterhandregel bij een rechte
stroomdraad
Als je je rechterhand op de manier van figuur 59 om
de draad legt en ervoor zorgt dat je duim in de richting van de stroom wijst, wijzen je vingers in de richting van de veldlijnen.
9 Geef richting van de veldlijnen aan in je tekening
De rechterhandregel bij een spoel
Leg je hand om de spoel op de manier van figuur 61.
Zorg ervoor dat je vingers in de richting van de stroom
wijzen. Je duim wijst nu in de richting van de veldlijnen. Je duim wijst naar de noordpool. Binnen de
spoel lopen de veldlijnen van de zuidpool naar de
noordpool. Buiten de spoel lopen de veldlijnen van de
noordpool naar de zuidpool.
van opgave 8. Gebruik de rechterhandregel.
FIG. 61 De rechterhandregel bij een spoel.
10 a Teken de figuren 60 a en b na in je schrift.
b Teken de veldlijnen.
c Geef de richting van het veld aan.
d Waarom kun je hier geen noord- of zuidpool aanwijzen?
BLOK 1 EXTRASTOF
14 a Teken figuur 62 na in je schrift.
b Geef in jouw tekening de richting van de stroom
aan.
c Geef ook aan waar de noord- en de zuidpool zitten.
d Teken het veldlijnenpatroon van de spoel.
FIG. 62 Eén stroomspoel.
Zoals je weet, heeft de aarde een magnetisch veld. In
deze extrastof gaan we het aardmagnetisch veld nader
bekijken.
De aarde als magneet
Je kunt het veld van de aarde vergelijken met dat van
een staafmagneet.
1 Waar wijst de noordpool van een kompasnaald
naar toe?
2 Is nu de magnetische pool bij de aardrijkskundige
noordpool (geografische noordpool) een magnetische noordpool of zuidpool?
15 a Bepaal de richting van het magneetveld in de
spoelen van figuur 63.
b In welke twee spoelen heeft het magnetisch veld
dezelfde richting?
FIG. 63 Drie stroomspoelen.
We zeggen altijd dat kompassen naar het geografische
noorden wijzen. Maar dat is toch niet helemaal waar.
Dat komt doordat de magnetische as van de aarde (in
figuur 64 aangeduid als de staafmagneet) niet helemaal samenvalt met de rotatie-as van de aarde. De
geografische polen zijn de uiteinden van de rotatie-as
van de aarde. De magnetische polen zijn de plaatsen
waar de veldlijnen loodrecht de aarde uitkomen of
ingaan. De magnetische as maakt een hoek van ongeveer 15° met de rotatie-as. De magnetische polen liggen in de buurt van 75° N.B., 101° W.L. en 67° Z.B.,
142° O.L. Door de dagelijkse verandering in het aardmagnetisme verschuiven de magnetische polen steeds
iets over het aardoppervlak.
3 Zoek in een atlas op waar de magnetische pool precies in het noordpoolgebied ligt.
Er zijn nog meer redenen waarom een kompas nooit
precies naar het noorden wijst.
FIG. 64 De aarde met de geografische polen. Het geel gekleurde
gedeelte geeft de 'staafmagneet' van de aarde weer.
Neem een kompasje en ga vlak naast de radiator van
de centrale verwarming staan. Beweeg het kompas nu
een eindje van de radiator af.
4 Wat gebeurt er met de kompasnaald?
Je merkt wel dat je niet zomaar het noorden kunt
bepalen. Zelfs door ijzererts in de bodem kan een kompas een beetje afwijken. In het magnetisch veld van de
aarde zitten ook afwijkingen, waardoor je de aarde
niet precies als een staafmagneet mag opvatten. Als je
een kompas op een schip gebruikt, moet je er ook nog
rekening mee houden dat het ijzer van het schip een
beetje gemagnetiseerd kan zijn en zo je kompas beïnvloedt. Daarom zijn er in bijna alle grote havens wel
bedrijven die de afwijking van het kompas precies
kunnen bepalen. Mensen die veel beroepsmatig met
een kompas moeten werken, willen graag nauwkeurig
de afwijking van het kompasnoorden weten ten
opzichte van het geografische noorden. Deze afwijking
heet de declinatie en wordt genoteerd in graden.
5 Je gaat de declinatie bij de school meten. Daarvoor
moet je twee dingen weten:
- waar het magnetische noorden is (eigenlijk magnetisch gezien de zuidpool);
- waar het geografische noorden is.
Het magnetische noorden kun je met een kompas
bepalen. Leg een vel papier op de grond en zet er
een kompasje op.
a Geef nu op het papier aan hoe de richting noordzuid volgens het kompas loopt. Let wel op dat je
niet te dicht bij ijzeren voorwerpen zit. Blijf ook
een eindje bij beton vandaan, want daar zit ook
vaak ijzer in. Zorg ervoor dat het papier precies op
zijn plaats blijft.
Het geografische noorden is moeilijker te bepalen.
Je kunt hiervoor twee methoden gebruiken: met
behulp van de zonnestand of met behulp van een
nauwkeurige topografische kaart.
Zonnestand: de zon staat precies in het zuiden
wanneer hij op zijn hoogste stand staat ('s winters
ongeveer 12.50 uur, 's zomers ongeveer 13.50 uur).
Zet op het juiste uur een smal voorwerp (een potlood) verticaal neer. De richting van de schaduw is
dan precies de geografische noord-zuidrichting.
b Zet deze richting ook op het papier.
Topografische kaart Deze kaart moet zo neergelegd worden dat de richting van het schoolgebouw
op de kaart precies overeenkomt met de werkelijkheid. Het noorden op de kaart komt dan overeen
met het geografische noorden.
c Je vindt de declinatie door de hoek te meten tussen de twee lijnen die je bij a en b gevonden hebt.
Als je alles goed gedaan hebt, moet er ongeveer 7°
uitkomen.
Er zijn kaarten waar de declinatie van een kompas precies op staat aangegeven. De plaatsen met dezelfde
declinatie zijn hierop met lijnen verbonden. Zulke lijnen heten isochonen.
6 Kijk op een zeekaart (misschien zit er een in je
atlas, vraag er anders een aan je aardrijkskundeleraar of aan een zeezeiler), hoe de afwijking van
het kompas staat aangegeven. Als je geen zeekaart
kunt vinden, kun je ook een topografische kaart
bekijken.
De geschiedenis van het
aardmagnetisme
De magnetische noordpool heeft niet altijd gelegen
waar hij nu ligt en hij blijkt ook nu nog steeds van
plaats te veranderen.
Men heeft dat ontdekt door na te gaan hoe de richting
is van magnetisch stollingsgesteente. Zo blijkt dat de
magnetische noordpool eens in het noorden van Japan
heeft gelegen. De richting van magnetisch stollingsgesteente geeft ook informatie over de bewegingen
van de continenten ten opzichte van elkaar. (Je aardrijkskundeleraar kan je hierover meer vertellen.)
Men heeft ook ontdekt dat de aardmagneet af en toe
omklapt, dat wil zeggen, dat de polen van plaats verwisselen. Men denkt dat dit 800 000 jaar geleden voor
het laatst is gebeurd.
7 Wat zijn de gevolgen voor de declinatie als de magnetische noordpool van plaats verandert?
OMKERING VAN DE MAGNEETPOLEN VAN DE
AARDE
Het artikel (figuur 65) uit de wetenschapsbijlage
van de Volkskrant van zaterdag 29 juli 1989 gaat
over de omkering van de polen van het aardmagnetisch veld.
Enkele, misschien onbekende, wetenschappelijke
termen:
eruptie: vulkaanuitbarsting
fluctueerde: schommelde, wisselde van richting
genereren: opwekken, veroorzaken
FIG. 65
BLOK 1 EXTRASTOF
Je hebt in de proef gezien, dat als je een magneet (in
ons geval een gemagnetiseerde breinaald) breekt, er
twee complete magneten ontstaan met elk een noorden een zuidpool. Je krijgt nooit losse noord- of zuidpolen.
2 Neem nu twee staafmagneten. Elk van die magne-
FIG. 66 Knip een magneet doormidden.
In deze extrastof probeer je je een idee te vormen hoe
een magneet eigenlijk is opgebouwd. Misschien kun je
aan de hand van deze theorie meer begrijpen van de
proeven die je hebt gedaan.
1 Neem een stalen breinaald en magnetiseer deze
(= maak er een magneet van) door er met de noordpool van een staafmagneet steeds in één richting
overheen te strijken. (Ga bij het eind van de naald
met een wijde boog terug naar het begin van de
naald.)
a Bepaal aan welk uiteinde de noordpool ligt.
Breek of knip nu de breinaald doormidden
(figuur 66).
b Zijn beide delen nog magnetisch? (Gebruik een
kompasnaaldje.)
c Beredeneer wat er volgens jou bij de nieuwe uiteinden is ontstaan.
d Wat denk je dat er zou gebeuren als je elk van de
helften nog een keer doormidden zou breken?
ten heeft - zoals je weet - twee polen. Leg nu de
noordpool van de ene tegen de zuidpool van de
andere. Hier zou je misschien verwachten dat je in
het midden van de nieuwe magneet (de twee staafmagneten tegen elkaar) een sterke aantrekking
vindt. Is er in het midden nog iets van de polen te
merken?
Het beste kun je dit onderzoeken met kleine spijkertjes (ijzervijlsel is zo moeilijk van de magneten
af te krijgen).
Het is dus raar maar waar: twee magneten, met
een noord- en zuidpool tegen elkaar, reageren als
één magneet.
Je hebt ontdekt dat er twee magneten ontstaan, als je
één magneet doormidden breekt. Als je die halve magneten ook weer doormidden breekt, krijg je in totaal
vier magneten.
Dat kun je net zo lang blijven doen tot je zó'n klein
magneetje overhoudt, dat je het niet meer in tweeën
kunt knippen. Zo'n magneetje noem je een elementair
magneetje. Je kunt een gewone magneet dus opgebouwd denken uit zeer veel elementaire magneetjes
die alle dezelfde richting hebben (figuur 67).
FIG. 67 De opbouw van een magneet uit elementaire magneetjes.
3 Magnetiseer een breinaald.
a Controleer met wat kleine spijkertjes of hij echt
gemagnetiseerd is.
Geef nu op de gemagnetiseerde breinaald een paar
flinke klappen met een hamer. Houd de breinaald
weer bij de spijkertjes.
b Wat neem je waar?
Maak de breinaald weer magnetisch door er met
een staafmagneet langs te strijken.
c Controleer of de breinaald weer magnetisch is.
Houd daarna de breinaald in de vlam van een brander. Laat de breinaald echt goed heet worden over
het hele oppervlak.
d Wat neem je waar als je de breinaald weer bij de
spijkertjes houdt?
Om een beetje te begrijpen wat je bij deze proeven
hebt waargenomen, gaan we weer even terug naar ons
model van de magneet: een groot aantal elementaire
magneetjes die allemaal dezelfde richting hebben
(figuur 68).
Maar als ze nu eens niet zo mooi gericht zouden liggen? Je kunt je vast wel indenken dat de magneetjes
dan elkaars werking opheffen en dat je daardoor geen
magnetische werking meer hebt (figuur 69).
FIG. 68 Een magneet is opgebouwd uit heel veel elementaire
magneetjes.
FIG. 69 De ligging van de elementaire magneetjes in
niet-magnetisch staal.
Bij het magnetiseren worden de elementaire magneetjes geordend door ze te richten met een andere magneet, in ons geval met de staafmagneet, die je daar telkens voor gebruikt.
Bij het demagnetiseren verbreek je de ordening van de
elementaire magneetjes. De wanorde ontstaat door op
de magneet te slaan of door de magneet te verhitten.
Bij verhitten gaan de deeltjes van een stof namelijk
meer trillen en als je ze maar heftig genoeg laat trillen, verbreek je de ordening. Je snapt nu misschien
ook waarom je een magneet nooit mag laten vallen.
Met ons model van een magneet kun je al veel begrijpen van allerlei verschijnselen die je in de proeven
hebt gezien. Je zou je nu af kunnen vragen hoe het
komt dat sommige materialen (staal) lang magnetisch
kunnen blijven en andere (weekijzer) niet.
4 a Is weekijzer snel te magnetiseren en demagnetiseren?
b Zou het veel energie kosten om de elementaire
magneetjes in het weekijzer te richten?
c Denk je dat weekijzer een geschikt materiaal is
om staafmagneten van te maken?
d Waarom wel/niet?
Weekijzer is ijzer dat ook een kleine hoeveelheid koolstof bevat. Weekijzer is vrij zacht, vandaar de naam.
Het is ook niet smeedbaar. Als je het koolstofgehalte
groter maakt, krijg je staal. Dat is harder en wèl
smeedbaar.
5 Onderzoek of een stalen voorwerp door een staafmagneet meteen wordt aangetrokken.
a Wat valt je op?
b De elementaire magneetjes zijn dus
moeilijk/makkelijk te richten.
c Is staal dus geschikt om staafmagneten van te
maken?
6 Waarom wordt voor de kern van een elektromagneet weekijzer gebruikt en geen staal?
BLOK 1 EXTRASTOF
2 De werking van een stroommeter.
1 Een staalsplinter in je oog.
Als je metaal slijpt, springen daar gloeiende splinters af. Komt er een splinter in je oog, dan kan dat
je hoornvlies ernstig beschadigen. Toch hoeft er
vaak niet geopereerd worden om zo'n splinter te
verwijderen. Met een enorme magneet haalt men
deze splinters uit je oog (figuur 70).
a Waarom is daar een grote magneet voor nodig?
Bij de behandeling moet men zo dicht mogelijk bij
het oog kunnen komen.
b Waarom is dat nodig?
c Waarom kan men deze methode niet gebruiken
bij splinters van koper, aluminium of hout?
d Bedenk voorschriften bij het gebruik van slijpmachines, om dit soort ongelukken te voorkomen.
FIG. 70 Tijdens deze werkzaamheden is oogbescherming
noodzakelijk.
Bekijk een stroommeter nauwkeurig. Als je goed
kijkt zie je dat er een spoeltje in zit dat om kan
draaien. Om dit spoeltje zit een ronde magneet. De
wijzer van de meter zit aan het spoeltje vast. Als de
wijzer draait wordt daardoor een spiraalveertje
steeds strakker opgewonden.
a Leg de werking van de stroommeter uit.
In figuur 71 zie je het inwendige van een stroommeter weergegeven. Ook zijn de veldlijnen tussen
de magneetpolen en de kern getekend.
b Neem figuur 71 over in je schrift en geef de
plaats van de noord- en de zuidpool aan.
c Beredeneer of A met de + dan wel met de - verbonden moet worden.
d Bedenk manieren om de stroommeter nauwkeuriger te maken.
3 Jeu de boulle.
In Frankrijk zag ik een paar oude dames jeu de
boulle spelen. De oudste van het stel had prachtige
glimmende ballen. Blijkbaar kon ze niet goed bukken. Om haar boulles op te rapen gebruikte ze een
magneet aan een touwtje.
a Van welke materialen is haar bal gemaakt?
Waarom denk je dat?
b Van welk materiaal is haar magneet gemaakt?
Waarom?
FIG. 71 Het inwendige deel van een stroommeter.
4 Een zwevende ring.
Je kunt het bijna niet geloven, maar met een spoel,
een kern en een wisselspanningsbron kun je een
ring laten zweven (figuur 72).
De verklaring is dat het wisselend magnetisch veld
door de kern in de spoel wordt doorgegeven naar
de ring. In de ring gaat daardoor een elektrische
wisselstroom lopen. De ring wordt dan zelf ook een
elektromagneet. De richting van de stroom in de
ring is steeds zó, dat de ring door de spoel wordt
afgestoten.
Op een zeker moment loopt de stroom zoals in
figuur 72 aangegeven is.
a Bepaal de N- en de Z-pool van de spoel.
b Beredeneer hoe de richting van de stroom in de
ring is ten opzichte van die in de spoel.
De ring wordt na verloop van tijd erg warm.
c Leg uit hoe dat komt.
Deze proef lukt alleen als je een wisselspanningsbron gebruikt. Hierdoor verandert de stroom
steeds van richting.
d Wat zou er met de stroom in de ring gebeuren
als de stroom in de spoel niet steeds van richting
veranderde?
e Waarom lukt deze proef niet alleen met een ijzeren ring, maar ook met een ring van koper of van
aluminium?
FIG. 72 De zwevende aluminium ring boven de spoel met kern.
5 Aluminium scheiden met een elektromagneet.
De NV Vuilafvoer Maatschappij (VAM) in Wij ster
heeft een apparaat om non-ferro-metalen van het
overige afval te scheiden (figuur 73). Non-ferrometalen zijn metalen waar geen ijzer of staal in zit.
a Hoe kunnen ijzer en staal van het overige afval
gescheiden worden?
b Waarom is deze manier niet te gebruiken bij het
scheiden van andere metalen?
Als een stukje metaal in een magnetisch veld
terechtkomt, zal daarin even een elektrisch
stroompje ontstaan. Dit stroompje wekt een
tegengesteld gericht veld op.
c Leg uit dat er dan afstoting ontstaat.
d Waarom moet het veld steeds van richting wisselen?
De methode waarop aluminium gescheiden wordt,
is in principe ook voor andere non-ferro metalen te
gebruiken.
e Waarom werkt deze methode effectiever bij
aluminium?
FIG. 73 Afscheiding van aluminium uit huisvuil. In de rechter rol
van de lopende band ontstaat een sterk wisselend magneetveld
dat alle non-ferro metalen van zich 'afduwt'.
6 Magnetisme in andere situaties.
In dit blok en in deze extrastof heb je heel wat
voorbeelden gezien waarbij sprake is van magnetisme. Er zijn nog veel meer situaties waarin magnetisme een rol speelt. Zoek in de bibliotheek verder naar onderwerpen over magnetisme. Hier zijn
een paar suggesties genoemd.
a Een elektromotor werkt op magnetisme.
b Postduiven weten hun weg zelfs geblinddoekt
terug te vinden.
c Zonnevlekken en protuberansen (zonnevlammen)
zijn aanwijzingen van sterke magneetvelden op de
zon.
d Er is ook een derde (en zelfs een vierde) rechterhandregel. Deze regels hebben te maken met de
Lorentzkracht. (Lorentz was een bekende natuurkundige, die leefde van 1853 tot 1928 en die zich
onder andere heeft beziggehouden met elektromagnetisme.)
e De aarde en andere planeten bezitten een magneetveld.
f Poollicht.
g Geef informatie over jouw onderwerpen en geef
zo mogelijk een verklaring of uitleg.